DE2332887A1 - Einrichtung zur schnellen und verlustleistungsarmen ansteuerung der basisemitter-strecken von transistoren - Google Patents

Einrichtung zur schnellen und verlustleistungsarmen ansteuerung der basisemitter-strecken von transistoren

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DE2332887A1 DE19732332887 DE2332887A DE2332887A1 DE 2332887 A1 DE2332887 A1 DE 2332887A1 DE 19732332887 DE19732332887 DE 19732332887 DE 2332887 A DE2332887 A DE 2332887A DE 2332887 A1 DE2332887 A1 DE 2332887A1
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Description

Stuttgart, 2. 6. 73 PM-AFB-730602
Beschreibung und Patentansprüche
Einrichtung zur schnellen und verlustleistungsarmen Ansteuerung der Basis-Emitter-Strecken von Transistoren
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur schnellen und verlustleistungsarmen Ansteuerung der Basis-Emitter-Strecken von Transistoren, welche als schnelle elektronische Schalter eingesetzt werden.
Der Bedarf an solchen elektrischen Schaltern ist außerordentlich hoch. Sie werden vorzugsweise mit Thyristoren oder Transistoren ausgeführt. Bei einer Ausführung mit Thyristoren ist üblicherweise eine Zwangslöschung erforderlich, was einen,erheblichen . , schaltungstechnischen Aufwand im Hauptstromkreis erfordert. Bei einer Ausführung mit Transistoren fällt vor allem der Aufwand auf der Ansteuerseite ins Gewicht, da ein Transistor solange einen Basis-Steuerstrom erfordert, wie er hinsichtlich seiner Hauptstromstrecke (Collector-Emitter) leitend (durchgeschaltet) sein soll.
Im folgenden seien kurz einige Beispiele für die Einsatzgebiete von mit Transistoren ausgeführten elektrischen Schaltern genannt.
Steigende Bedeutung gewann in den letzten Jahren die intermittierende Leistungszufuhr zu Gleichstromverbrauchern nach dem Zweipunktverfahren. Als Beispiel hierzu zeigt Abb. 1 eine bekannte Anordnung, bei welcher eine Gleichstrommaschine (1) über einen Transistor (2) aus einer Gleichspannungsquelle (3) gespeist wird. Die Diode (4) gibt dem Strom durch die Gleichstrommaschine die Möglichkeit, auch dann weiterzufließen, wenn der transistor (2) abgeschaltet ist. (5) ist die Arbeitsmaschine, welche mit der Gleichstrommaschine gekuppelt ist, und (6) eine Steuereinheit, welche den Transistor (2) mit dem erforderlichen Basissteuerstrom versorgt. Über diese Steuereinheit (2) kann entweder manuell (z.B. mittels eines Potentiometers) oder über ein elektrisches Steuersignal das Ein- und Ausschalten des Transistors (2) herbeigeführt oder beeinflußt werden. Durch das Verhältnis von
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Einschaltdauer zu Ausschaltdauer des Transistors kann die der Gleichstrommaschine zugeführte Leistung von einem Maximalwert bis auf Null herabgesteuert werden.
Als weiteres Beispiel für die Einsatzgebiete von mit Transistoren ausgeführten elektrischen Schaltern seien allgemein die potentialverbindenden und potentialtrennenden Gleichstromsteller genannt. Als Beispiel hierzu zeigt Abb. einen potentialverbindenden Hochsetzsteller. Hier wird beim Einschalten des Transistors (7) über dessen Steuerschaltung (8) bewirkt, daß der Strom durch die Speicherdrossel (10) ansteigt. Bei eingeschaltetem Transistor wird die von der Gleichspannungsquelle (11) abgegebene Leistung also in die Drossel (10) eingespeichert. Wird anschliessend der Transistor (7) über seine Steuerschaltung (8) wieder gesperrt, so fließt der Strom durch die Drossel stetig weiter und nimmt dabei seinen Weg über die Diode (12) zum Verbraucher (13) Durch Veränderung der Ein- und Ausschaltdauer des Transistors (7) kann dem Verbraucher (13) - welcher in diesem Fall eine höhere Spannung hat als die speisende Quelle (11) unterschiedliche elektrische Leistung zugeführt werden.
Als letztes Beispiel für die Einsatzgebiete von mit Transistoren ausgeführten elektrischen Schaltern seien die Transistorwechselrichter genannt. Als Beispiel hierzu zeigt Abb. 3 einen Gegentaktwechselrichter mit zwei Transistoren (15) und (16), welche abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden. Dadurch wird die Spannung der speisenden
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Quelle entweder von links nach rechts oder von rechts nach links positiv oder gar nicht an die beiden primären Teilwicklungen (17) und (18) gelegt. Dadurch entsteht an der Sekundärwicklung (19) eine Wechselspannung-, welche entweder direkt weiterverwendet oder wieder gleichgerichtet werden kann. Ober die Steuereinheit (20) werden die Ein- und Ausschaltdauern der Transistoren (15) und (16) festgelegt. Durch deren Änderung kann sowohl der Effektivwert der abgegebenen Wechselspannung oder auch der Mittelwert der.gfs. gleichgerichteten Wechselspannung beeinflußt werden. , "*"'..
Wie bereits eingangs ausgeführt, bereitet beim Einsatz von Transistoren deren Ansteuerung über die Basis-Emitterstrecke Schwierigkeiten,und zwar insbesondere dann, wenn hohe Leistungen (größer 10 Watt) bei hohen Frequenzen (größer 10 Hz) geschaltet werden sollen.
Die Abb. 4 bis 7 geben einen Überblick über den Stand der Technik zu diesem Problem. In Abb. 4 wird der zu schaltende Hauptstromtransistor (21) über eine Hilfsspannungsquelle (22) und einen Hilfstransistor (23) sowie einen Vorwiderstand (24) mit Basisstrom versorgt. Soll der Haupttransistor (21) leiten, so wird der Hilfstransistor (23) über seine Steuerschaltung (25) eingeschaltet und läßt so einen Stromfluß aus der Hilfsspannungsquelle (22) über die Basis-Emitter-Strecke des Haupttransistors (21) zu, wodurch dieser Haupttransistor (21) eingeschaltet wird. Entr
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sprechend erfolgt das Abschalten des Haupttransistors (21) durch ein Abschalten des Hilfstransistors (23).
Diese Anordnung hat drei gravierende Nachteile. Zum einen wird der Basisstrom des Haupttransistors (21) bei dessen Abschalten nur zu Null gemacht und nicht in seiner Richtung umgekehrt - was für ein Arbeiten bei höheren Frequenzen im Interesse leurzer Ums ehalt zeiten unerlässlich ist -, zum zweiten wird der Haupttransistor bei seinem Einschalten nicht durch einen überhöhten Basisstrom kurzzeitig übersteuert - was für ein rasches und damit verlustleistungsarmes Einschalten von großem Vorteil ist und zum dritten ist fast immer die gezeichnete Hilfsspannungs· quelle (22) erforderlich, da die Hauptspannung, welche der Haupttransistor zu schalten hat, üblicherweise wesentlich höher ist als der Wert von etwa 2,5 bis 5 V, welcher als treibende Spannung in seinem Basis-Emitter-Kreis bereits völlig ausreicht. Versorgt man den Ansteuerkreis dennoch aus der meist wesentlich höheren Hauptspannung, so wird der Hilfstransistor (23) höher als erforderlich belastet und vor allem unnötig viel elektrische Leistung im Vorwiderstand (24) in Verlustwärme umgesetzt.
In der Anordnung nach Abb. 5 werden die beiden erstgenannten Nachteile weitgehend beseitigt. Dies wird jedoch mit einem wesentlich höheren Aufwand und einem höheren Leistungsbedarf des Ansteuerkreises erkauft. Die besonders gravierende Änderung im Aufwand ist jene, daß nun zwei HiIfsspan-
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nungsquellen (22) und (26) erforderlich sind. Die gravierende Änderung im Leistungsbedarf entsteht dadurch, daß im Widerstand (27), welcher ein schnelleres Abschalten des Haupttransistors bewirken soll, während jener Zeit, zu , der der Hilfstransistor (23) und damit auch der Haupttransistor (21) leitend sind, erhebliche elektrische Leistung in Verlustwärme umgesetzt wird. Durch die Widerstand-Kondensator-Kombination (29) wird die erwünschte Überhöhung des Basisstromes im Haupttransistor unmittelbar nach dessen Einschalten erreicht.
Abb. 6 und 7 zeigen die entsprechenden Ansteuerschaltungen, wenn anstelle des komplementären HiIfstransistors der Abb. 5 und 4 ein Hilfstransistor eingesetzt wird, welcher dieselbe Zonenfolge hat wie der Haupttransistor. Eine Schaltung nach Abb. 6 entspricht in ihren Eigenschaften etwa jener nach Abb. 4 mit dem Unterschied, daß der Widerstand (24) nun immer von Strom durchflossen wird, gleichgültig ob der Haupttransistor leitet oder sperrt. Das Einschalten des Haupttransistors (21) wird hier durch ein Abschalten des Hilfstransistors (28) über dessen Steuerschaltung (25) bewirkt; entsprechend das Abschalten des Haupttransistors (21) durch ein Einschalten des Hilfstransistors (28).
Die Schaltung nach Abb. 7 entspricht in ihren Eigenschaften weitgehend jener nach Abb. 5 mit dem Unterschied, daß hier ebenfalls eine Erhöhung des Bedarfs an Steuerleistung gegen-
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über der Anordnung nach Abb. 5 mit komplementärem Hilfstransistor auftritt.
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die genannten Nachteile der bekannten Ansteuereinrichtungen zu beseitigen. Dies wurde bisher aber stets mit neuen Nachteilen erkauft.
Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Ansteuereinrichtung für die Basis-Emitter-Strecken vcm Transistoren zu erfinden, welche
- mit an die Hauptspannung der zu schaltenten Haupttränsistoren angeschlossen werden kann;
- es erlaubt, bei geringem Bedarf an Ansteuerleistung die Transistoren durch hohen Basisstrom rasch einzuschalten;
- es gestattet, zum Abschalten der Transistoren die Richtung des Basisstromes umzukehren;
- gewährleistet, daß im abgeschalteten Zustand die Basiselektrode gegenüber der Emitterelektrode neg. Potential (bei npn-Haupttransistoren) bzw. pos. Potential (bei pnp-Haupttransistoren) aufweist;
- es erlaubt, die anzusteuernden Transistoren dauernd, abzuschalten, dauernd einzuschalten und dazwischen beliebige Verhältnisse von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer einzustellen;
- bei allen als elektrischen Schaltern eingesetzten Transistoren eingesetzt werden kann, gleichgültig, ob diese periodisch ein- und ausgeschaltet werden sollen, paarweise im Gegentakt betrieben werden oder zu völlig beliebigen Zeiten ein- und auszuschalten sind.
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Diese Anforderungen werden durch die vorliegende Erfindung erfüllt. Ihr Schlüsselgedanke besteht darin, zur schnellen und verlustleistungsarmen Ansteuerung der Basis-Emitterstrecken von als elektrischen bzw. elektronischen Schaltern betriebenen Transistoren mindestens zwei selbstgeführte Wechselrichterschaltungen mit Transformatorausgang und mindestens je zwei Sekundärwicklungsteilen einzusetzen und die Basis-Emitter-Strecken der zu schaltenden Transistoren über eine Kombination von Halbleiterdioden und Transformatorsekundärwicklungen der genannten Wechselrichter zu verbinden derart, d&ß in der Verbindungsstrecke zwischen Basis und Emitter der zu schaltenden Transistoren Sekundärwicklungen von mindestens zwei verschiedenen Wechselrichterschaltungen angeordnet sind und sowohl das Einschalten als auch das Ausschalten der zu schaltenden Transistoren durch einen Umschaltvorgang in einer der angeschlossenen Wechselrichterschaltungen bewirkt wird. Auf diese Weise kann insbesondere erreicht werden, daß die Ansteuereinrichtung aus der Hauptspannung der zu schaltenden Transistoren gespeist werden kann und der Bedarf an Ansteuerleistung dennoch gering bleibt. Des weiteren ist es so möglich, bei geringem Bedarf an AnsteuerIeistung die Transistoren durch hohen Basistrom rasch einzuschalten und zum Abschalten die Richtung des Basistromes umzukehren, ohne daß die hierzu erforderliche Teil-Einrichtung bei durchgeschaltetem Haupttransistor erhebliche Mengen an Verlustleistung in Wärme umsetzt. Letzteres wird dadurch
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bewirkt, daß durch die Abschalt-Steuerstrecke ein nennenswerter Strom erst nach dem Abschaltbefehl für den Haupttransistor fließt.
Im folgenden sollen einige Ausführungsbeispiele zeigen, wie die beschriebenen Anforderungen an eine Ansteuereinrichtung für die Easis-Emitter-Strecken von Transistoren unter Nutzung des Schlüsselgedankens realisiert werden können.
Abb. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem als Versorgungsspannung für die Ansteuereinrichtung des Haupttransistors (30) die Hauptspannungsquelle (31) verwendet wird, was - wie ersichtlich - bezüglich der Höhe der Ansteuerleistung keine Schwierigkeiten bereitet, da die Spannung der Hauptspannungsquelle durch die beiden selbstgeführten Wechselrichter mit Transformatorausgang (32) und (33) nach Belieben auf die im Ansteuerkreis des Haupttransistors erforderliche Spannung transformiert werden kann.
Auch sind damit keinerlei Potentialprobleme verbunden, da die Primärteile (34), (35), (36) und (37) der selbstgeführten Wechselrichter von deren Sekundärteilen (38), (39) , (40) und (41) - mit welchen der Haupttransistor verbunden ist - elektrisch isoliert werden können.
Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 8 werden die beiden ■selbstgeführten Wechselrichter (32) und (33) mit Puls-Breiten-Modulation betrieben, und zwar derart, daß, wenn ein Primärtransistor einer der beiden Wechselrichter (32) und
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(33) leitend ist, beide Primärtransistoren des jeweils anderen Wechselrichters sperren. Das Umschalten der Primärtransistoren der Wechselrichter wird durch die Steuerlogik (42) bewirkt, welche in ihrem Verhalten von außen entweder manuell oder über ein Steuersignal so beeinflusst werden kann, daß der Haup.ttransistor (30) den gewünschten Schaltzustand annimmt. Wenn von den vier Wechselrichter-Primär-Transistoren z.B. gerade der Transistor (43) durchgeschaltet ist (und damit die Transistoren (44) bis (46) sperren), so fließt - selben Wicklungssinn der Primär- und Sekundärseite der Wechselrichtertransfofmatoren vorausgesetzt - ein positiver Strom über ■■ die Diode (47), die RC-Kombination (48) (welche auch fehlen kann), den Widerstand (49) über die Basis-Emitter-Strekke des Haupttransistors (30), von dort zur Mittelanzapfung des Transformatois von Wechselrichter (32) und in dessen Teilwicklung (39) zur Diode (47) zurück. Währenddessen ist der Haupttransistor (30) hinsichtlich seiner Kollektor-Emitter-Strecke durchgeschaltet, also leitend. An seiner Basis-Emitterstrecke liegt eine Basis-Emitterspannung in der Größenordnung von 0,5 bis 2 V. Damit fließt kein nennenswerter Strom über die Diode (50) und die Gleichrichterdioden (51) und (52) des rechten Wechselrichters (33), da an dessen Sekundärwicklungen keine Spannung anliegt und parallel.zur Basis-Emitterstrecke des Haupttfansistors die Dioden (50) und (51) bzw. (50) und (52) in Reihe angeordnet sind, also zwei Dioden-Schleusenspannungen von einem dort fließenden Strom zu überwinden vären.
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Der nächste von der Steuerlogik (42) ausgelöste Umschaltvorgang ist jener, bei welchem der Transistor (43) abgeschaltet und der Transistor (45) (oder stattdessen auch (46)) durchgeschaltet wird. Dadurch wird ein Abschalten des Haupttransistors herbeigeführt. Dies geschieht so, daß über die Diode (52), den Sekundärwicklungsteil (40), die
Basis-Emitterstrecke des Haupttransistors (30) und die Diode (50) zur Diode (52) zurück ein pos. Strom fließt, solange bis die Basis-Emitter-Strecke des Haupttransistors (30) von Ladungsträgern ausgeräumt ist und dieser damit sperrt. Durch geeignete Wahl der Ausgangsspannung-des Wechselrich- · ters (33) in der Größenordnung von 2 bis 8 V kann vermieden werden, daß bei leitendem Transistor (45) (bzw. (46)) ein nennenswerter Strom über den Widerstand (49) fließt und dort sowie in der RC-Kombination (48) nennenswerte Verlustleitungen hervorruft. Solange der Prirnär-Transistor (45) des rechten Wechselrichters (33) leitet, wird der Haupttransistor (30) zunächst gesperrt und bleibt anschliessend gesperrt, wobei die Basiselektrode gegenüber der Emitterelektrode geeignet (beim hier gezeichneten npn-Haupttransistor also negativ) vorgespannt ist.
Der nächste von der Steuerlogik ausgelöste Umschaltvorgang ist jener, bei welchem der Transistor (45) abgeschaltet und der Transistor (44) durchgeschaltet wird. Dadurch wird ein erneutes Einschalten des Haupttransistors (30) herbeigeführt. Nun fließt ein positiver Strom über die
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Diode (53), die RC-Kombiηation (48), den Widerstand (49) und die Basis-Emitter-Strecke des Haupttransistors (30), von dort zur Mittelanzapfung des Transformators von Wechselrichter (32) und in dessen Teilwicklung (38) zur Diode (53) zurück. Währenddessen ist der Haup'ttransistor (30) hinsichtlich seiner Kollektor-Emitter-Strecke also wieder durchgeschaltet. Der nächste von der Steuerlogik (42) ausgelöste Umschaltvorgang ist jener, bei welchem der Transistor (44) abgeschaltet und der Transistor (46) (bzw. (45)) durchgeschaltet wird. Dadurch wird wieder ein Abschalten des Haupttransistors herbeigeführt. Dies geschieht so,' daß über die Diode (51), den Sekundärwicklungsteil (41), die Basis-Emitterstrecke des Haupttransistors (30) und die Diode (50) zur Diode (51) zurück ein pos. Strom fließt, solange bis die Basis-Emitterstrecke des Haupttransistors (30) von Ladungsträgern ausgeräumt ist und dieser damit wieder sperrt. Anschliessend bleibt die Basis-Emitterstrecke des Haupttransistors (30) in der bereits beschriebenen Weise solange geeignet vorgespannt, wie der Transistor (46) leitet.
Der nächste von der Steuerlogik (42) ausgelöste Umschaltvorgang ist jener, bei welchem der Transistor (46) gesperrt und der Transistor (43) wieder durchgeschaltet und damit ein Einschalten des Haupttransistors herbeigeführt wird. Dann wiederholt sich der beschriebene Zyklus in analoger Weise.
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Von den beiden Wechselrichtern (32) und (33) mit Pulsbreitenmodulation bewirkt also der linke (32) in seiner aktiven Zeit ein "Leiten" des Haupttransistors (30) , während der rechte Wechselrichter in seiner aktiven Zeit ein "Sperren" des Haupttransistors bewirkt. Die Grenzfälle des beschriebenen Schaltzyklusses sind jene, bei welchen entweder nur der linke Wechselrichter arbeitet (ein Leiten des Transistors (43) also direkt von einem Leiten des Transistors (44) abgelöst wird) oder nur der rechte Wechselrichter arbeitet. Im erstgenannten Fall ist der Haupttransistor (30) stets leitend, im zweitgrnannten stets gesperrt." ' .· ·■■
Die Anordnung ermöglicht es also, für den Haupttransistor (30) ein beliebiges Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer herzustellen und ihn insbesondere auch über beliebige Zeiten hinweg dauernd ein- oder ausgeschaltet zu halten.
Abb. 8 a zeigt ein Diagramm für die verschiedenen Schaltzustände der Anordnung nach Abb. 8, wobei die Schaltverzögerungen der Transistoren (gegenüber den Umschaltsignalen an ihren Basis-Emitterstrecken) vernachlässigt wurden. Dies ist bei Schaltfrequenzen bis zu etwa 10 kHz bei der beschriebenen Anordnung zulässig. Bei höheren Schaltfrequenzen müssen in bekannter Weise Anordnungen zur Speicherzeitkompensation vorgesehen werden.
Abb. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die Wechselrichter wie in Abb. 8 mit Pulsbreiten-
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modulation betrieben werden. Im Unterschied zu Abb. 8 werden jedoch von ein- und derselben Ansteuereinheit mehrere Haupttransistoren (54), (55) und (56) (im Beispiel also 3) parallel angesteuert. Diese können sich - wie in Abb. 9 skizziert - sowohl im selben Hauptstromkreis als auch in verschiedenen Hauptstromkreisen befinden.
Zur Entkopplung der einzelnen Basis-Emitterstrecken ist es in gewissen Fällen zweckmässig, wie in Abb. 9 gezeichnet, für jeden Haupttransistor einen gesonderten Basis-Vorwiderstand (57), (58), (59) und eine gesonderte "Ausräumdiode" (60, (61) und (62)vorzusehen.
Abb. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem von einer Ansteuereinrichtung die beiden Haupttransistoren (63) und (64) eines Transistor-Wechselrichters alternierend ein- und ausgeschaltet werden. Die beiden Wechselrichter (32) und (33) werden auch hier mit Pulsbreitenmodulation betrieben derart, daß von den vier Transistoren (43) , (44) , (45) und (46) jeweils nur einer leitend ist.
Das Einschalten des Transistors (43) bewirkt hier ein Einschalten des Haupttransistors (64). Beim folgenden Abschalten des Transistors (43) und Einschalten des Transistors (45) (über die Steuerlogik (42)) wird der Haupttransistor (64) wieder abgeschaltet. Das folgende Einschalten des Transistors (44) (und Abschalten des Transistors (45)) bewirkt ein Leitend-Werden des Haupttransistors (63). Letzterer wird dann über das
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nachfolgende Einschalten des Transistors (46) (und Abschalten des Transistors (44)) wieder gesperrt. Anschliessend wiederholt sich dieser Zyklus.
Um einen der wesentlichen Vorteile der Erfindung deutlich zu machen, ist in Abb. 10 gezeigt, wie die Hauptspannungsquelle (31) gleichzeitig den Hauptwechselrichter (69) und die diesen steuernden Hilfswe.chselrichter (32) und (33) speisen kann. Von den Diodenpaaren (65) und (66) sowie (67) und (68) kann in dieser Anordnung auch je ein Exemplar (also z.B. (66) und (68)) fortgelassen werden.
Abb. 10 a zeigt ein Diagramm für die verschiedenen Schaltzustände der Anordnung nach Abb. 10, wobei die Schaltverzögerungen der Transistoren gegenüber den zugehörigen Umschalt-Signalen an ihren Basis-Emitter-Strecken wieder vernachlässigt wurden.
Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen der Erfindung wurden die steuernden Wechselrichterschaltungen mit Puls-Breiten-Modulation betrieben. Das ist jedoch keine notwendige Voraussetzung der Erfindung. Vielmehr können sämtliche einschlägigen Verfahren der Steuerung der Ausgangsspannung von Wechselrichtern und Wechselrichterkombinationen zum Betrieb der Erfindungseinrichtung verwendet werden.
Lediglich beispielhaft sei beschrieben, wie die Wechselrichter der Ansteuereinrichtung auch in der sogenannten Zu- und Gegenschaltung betrieben werden können, ebenfalls das eingangs genannte Ziel der Erfindung voll
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erreicht wird.
Abb. 11 zeigt ein solches Ausführungsbeispiel, bei welchem als Versorgungsspannung für die Ansteuereinrichtung des Haupttransistors (30) die Hauptspannungsquelle (31) verwendet wird, was, wie ersichtlich, sowohl bezüglich der Höhe der Ansteuerleistung als auch hinsichtlich der Potentialverhältnisse keine Schwierigkeiten bereitet. Hinsichtlich der Begründung hierfür sei auf die Beschreibung von Abb. 8 verwiesen. Im Gegensatz zu Abb. 8 werden bei der Anordnung nach Abb. 11 die beiden selbstgeführten Wechselrichterschaltungen der Ansteuereinrichtung nicht mit Pulsbreitenmodulation sondern in "Zu- und Gegenschaltung" betrieben. Bei diesem Verfahren hat jeder Primärtransistor der Wechselrichterschaltungen eine konstante relative Einschaltdauer, welche bei den gezeichneten zweipulsigen Wechselrichtern vorzugsweise 0,5 beträgt. Dies bedeutet, daß in jeder der beiden Wechselrichterschaltungen jeweils ein Primärtransistor leitend ist, entweder der rechte oder der linke. Diese Primärtransistoren (72), (73), (74) und (75) werden durch die Steuerlogik (76) ein- und ausgeschaltet. Beim Verfahren der Zu- und Gegenschaltung können die Umschaltpunkte der Wechselrichter durch eine Beeinflussung der Steuerlogik zeitlich so gegeneinander verschoben werden, daß einander entsprechende Ausgangsspannungen der beiden Wechselrichter (also z.B. die beiden Spannungen u, und u ) entweder genau dieselbe Phasenlage aufweisen (Zuschaltungs-Zustand) oder eine beliebige Phasenlage dazwischen einnehmen (Zustand
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der Zu- und Gegenschaltung).
Abb. 11a zeigt für einen beispielhaft herausgegriffenen Zustand der Zu- und Gegenschaltung oben die Schaltzustände der Wechselrichtertransistoren (72), (73), (74) und (75). Strichliert sind die Verläufe der Spannungen an den insgesamt sechs Transformator-Sekundär-Wicklungen eingetragen. Dabei wurde ebenfalls beispielhaft davon ausgegangen, daß die Spannungen an allen Transformatorsekundärwicklungen dieselbe Amplitude U haben. Darunter sind in Abb. 11a dann die Verläufe der Ausgangsspannungen vor den Dioden, also die Größen u, + u , u, + u,, u + U4; und u + u ·
D C DQ. el χ . ,el G
aufgetragen. Danach ist die Funktion der gesamten Ansteuerschaltung leicht einzusehen: Wenn von den vier Wechselrichter-Primär-Transistoren z.B. gerade die Transistoren (72) und (75) durchgeschaltet sind (und damit die Transistoren (73) und (74) sperren), so fließt" selben Wicklungssinn der Primär- und Sekundärseiten der Wechselrichtertransformatoren vorausgesetzt - ein positiver Strom über die Diode (77) , die RC-Kombination (78) (welche auch entfallen kann), den Widerstand (79) durch die Basis-Emitter-Strecke des Haupttransistors (30), von dort zur Mittelanzapfung der Transformator-Sekundärwicklung von Wechselrichter (70), dann durch dessen Teilwicklung (80), von dort zur Mittelanzapfung (Verbindungsstelle) der Transformator-Sekundär-Teilwicklungen (81) und (82) des anderen Wechselrichters (71) und dann durch dessen Teilwicklung (81) zur Diode (77) zurück. Anschliessend ist der Haupttran-
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sistor (30) hinsichtlich seiner Kollektor-Emitterstrecke durchgeschaltet, also leitend.
Der nächste von der Steuerlogik (76) ausgelöste Umschaltvorgang ist jener, bei welchem der Transistor (75) abgeschaltet und der Transistor (74) durchgeschaltet wird. Dadurch wird ein Abschalten des Haupttransistors herbeigeführt .
Dies geschieht so, daß über die Diode (83) , den Sekundärwicklungsteil (84), den Sekundärwicklungsteil (85), die Basis-Emitter-Strecke des Haupttransistors (30) und die Diode (86) zur Diode (83) zurück ein positiver Strom fließt, so lange bis die Basis-Emitter-Strecke des Haupttransistors (30) von Ladungsträgern ausgeräumt ist und dieser damit sperrt. Anschliessend bleibt die Basiselektrode gegenüber der Emitterelektrode geeignet (beim gezeichneten npn-Haupttransistor also negativ) vorgespannt.
Der nächste von der Steuerlogik ausgelöste Umschaltvorgang ist jener, bei welchem der Transistor (72) abgeschaltet und der Transistor (73) durchgeschaltet wird. Dadurch wird ein erneutes Einschalten des Haupttransistors (30) herbeigeführt. Nun fließt ein positiver Strom über die Diode (87) , die RC-Kombination (78) , den Widerstand (79) durch die Basis-Emitter-Strecke des Haupttransistors (30), von dort durch den Sekundärwicklungsteil (85) zum Sekundärwicklungsteil (88), durch diesen hindurch und zur Diode (87) zurück. Anschliessend ist der Haupttransistor (30)
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hinsichtlich seiner Kollektor-Emitter-Strecke durchgeschaltet, also leitend.
Der nächste Umschaltvorgang, welcher von der Steuerlogik (76) ausgelöst wird, ist jener, bei welchem der Transistor (74) abgeschaltet und der Transistor (75) wieder durchgeschaltet wird. Dadurch wird wieder ein Abschalten des Haupttransistors (30) herbeigeführt.
Dies geschieht so, daß über die Diode (89) , den Sekundärwicklungsteil (82), den Sekundärwicklungsteil (80), die Basis-Emitter-Strecke des Haupttransistors (30) und die Diode (86) zur Diode (89) zurück ein positiver Strom fließt, solange bis die Basis-Emitter-Strecke des Haupttransistors (30) von Ladungsträgern ausgeräumt ist und dieser damit sperrt.
Mit dem nächsten Umschaltvorgang beginnt sich der beschriebene Zyklus zu wiederholen.
Die Grenzfälle des beschriebenen Schaltzyklusses sind jene, bei denen die Primärtransistoren der beiden Wechselrichterschaltungen gleichzeitig umschalten und damit einander entsprechende Ausgangsspannungen der beiden Wechselrichter (also z.B. die beiden Spannungen u^ und uc) entweder genau dieselbe Phasenlage aufweisen oder genau in Phasenopposition stehen. Im erstgenannten Fall ist der Haupttransistor (30) dauernd leitend, im zweitgenannten dauernd gesperrt.
Auch diese Anordnung ermöglicht es also, für den Haupt-
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transistor (30) ein beliebiges Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer herzustellen und ihn insbesondere auch über beliebige Zeiten hinweg dauernd ein- oder ausgeschaltet zu halten.
Selbstverständlich können auch mit dieser Ausführungsform der Erfindung von ein und derselben Ansteuereinheit mehrere Haupttransistoren parallel angesteuert werden. Diese können sich sowohl im selben als auch in verschiedenen Hauptstromkreisen befinden. Im zweitgenannten Fall kann es zweckmässig sein, für Haupttransistoren, welche sich in-verschiedenen Hauptstromkreisen befinden, getrennte Sekundärwicklungen der Wechselrichter (70) und (71) einzusetzen. Dies gilt sinngemäß auch für das in Abb. 9 skizzierte Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Des weiteren können natürlich auch wieder die Haupttransistoren eines Transistor-Wechselrichters mit dieser Ausführungsform der Erfindung alternierend ein- und ausgeschaltet werden. Dies kann entweder durch eine Aufspaltung des Sekundärteils der Anordnung entsprechend Abb. 10 erfolgen oder auch so, daß jeder Haupttransistor des Transistorwechselrichters eine vollständige Ansteuereinrichtung nach dem Schlüsselgedanken der Erfindung, beispielshaft nach Abb. 11 oder Abb. 8, erhält.
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Claims (13)

  1. Patentansprüche:
    [ 1.jEinrichtung zur schnellen und verlustleistungsarmen Ansteuerung der Basis-Emitterstrecken von als elektrische bzw. elektronische Schalter betriebenen Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß hierfür mindestens zwei selbstgeführte Wechselrichterschaltungen mit Transformatorausgang und mindestens je zwei Sekundärwicklungsteilen eingesetzt und die Basis-Emitter-Strecken der zu schaltenden Transistoren über eine Kombination von Halbleiterdioden und Transformator-Sekundärwicklungen sowie gfs. zusätzliche passive Bauelemente (insbesondere Widerstände und Kondensatoren) verbunden werden, derart, daß in der Verbindungsstrecke zwischen Basis und Emitter der zu schaltenden Transistoren Sekundärwicklungen von mindestens zwei verschiedenen Wechselrichterschaltungen angeordnet sind und' sowohl das Einschalten als auch das Ausschalten der zu steuernden Transistoren durch einen Umschaltvorgang in einer der selbstgeführten Wechselrichterschaltungen bewirkt wird.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die selbstgeführten Wechselrichterschaltungen als Transistorwechselrichter ausgeführt sind.
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  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die selbstgeführten Wechselrichter mit an die Hauptspannung angeschlossen werden, von welcher auch die zu schaltenden Transistoren (Haupttransistoren) gespeist werden.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Beeinflussung der Umschaltzeitpunkte der Wechselrichter für die zu schaltenden Transistoren (Haupttransistoren) ein beliebiges Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer herbeigeführt werden kann und insbesondere die zu schaltenden Transistoren (Haupttransistoren) auch über beliebige Zeiten hinweg dauernd ein- und ausgeschaltet werden können.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ansteuerung der Wechselrichter eines der einschlägigen, bekannten Verfahren zur Steuerung der Ausgangsspannung von Wechselrichtern und Wechselrichterkombinationen verwendet wird, insbesondere jenes der Pulsbreitenmodulation und jenes der Zu- und Gegenschaltung.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene zu schaltende Transistoren (Haupttransistoren) von
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    ein und derselben Ansteuereinrichtung ein- und ausgeschaltet werden.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für Haupttransistoren, welche in verschiedenen Hauptstromkreisen liegen, zwar ein und dieselbe Wechselrichterkombination verwendet wird, aber getrennte Transformatorsekundärwicklungen eingesetzt werden.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupttransistoren von Transistorwechselrichtern damit geschaltet werden und jeder Haupttransistor bzw. jede ParalIe!kombination solcher Haupttransistoren eine besondere Ansteuereinrichtung erhält.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupttransistoren von Gegentakt-Wechselrichtern damit geschaltet werden und die Haupttransistoren bzw. Parallelkombinationen solcher Haupttransistoren, welche in gegenüberliegenden Brückenzweigen liegen, gemeinsam von einer Ansteuereinheit geschaltet werden, welche zu diesem Zweck sekundärseitig symmetrisch aufgeteilt ist.
  10. 10. Einrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß über die zu schaltenden
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    Transistoren (Haupttransistoren) Gleichstrommaschinen gespeist werden.
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Gleichstrommaschinen die Fraktionsantriebe von Straßenfahrzeugen bilden.
  12. 12. Einrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichter der Ansteuereinrichtung in ihrer Baugröße erheblich voneinander abweichen, .... . ... . ..
  13. 13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichter der Ansteuereinrichtung mit wesentlich höherer Frequenz arbeiten als die zu schaltenden Transistoren (Haupttransistoren) und die Variation der relativen Einschaltdauer der Haupttransistoren dadurch herbeigeführt wird, daß zwischen Aussteuerzuständen der Wechselrichter, welche zum vollen Einschalten der Haupttransistoren oder zu deren vollem Ausschalten führen, mit einer Frequenz gewechselt wird, die wesentlich geringer ist als die Arbeitsfrequenz der Wechselrichter der Ansteuereinrichtung.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2360204A1 (fr) * 1976-07-29 1978-02-24 Int Standard Electric Corp Perfectionnements aux convertisseurs de tensions electriques continues
FR2380666A1 (fr) * 1977-02-14 1978-09-08 Cii Honeywell Bull Systeme de commande de decoupage pour convertisseur dans une alimentation electrique continue
EP0030855A2 (de) * 1979-12-14 1981-06-24 Westinghouse Brake And Signal Company Limited Basisstromsteuervorrichtung für einen Schalttransistor
FR2513046A1 (fr) * 1981-04-01 1983-03-18 Lucas Ind Plc Circuit d'attaque de transistor
FR2534093A1 (fr) * 1982-10-04 1984-04-06 Labinal Circuit de commande de base d'un transistor de puissance

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2360204A1 (fr) * 1976-07-29 1978-02-24 Int Standard Electric Corp Perfectionnements aux convertisseurs de tensions electriques continues
FR2380666A1 (fr) * 1977-02-14 1978-09-08 Cii Honeywell Bull Systeme de commande de decoupage pour convertisseur dans une alimentation electrique continue
EP0030855A2 (de) * 1979-12-14 1981-06-24 Westinghouse Brake And Signal Company Limited Basisstromsteuervorrichtung für einen Schalttransistor
EP0030855A3 (de) * 1979-12-14 1981-12-02 Westinghouse Brake And Signal Company Limited Basisstromsteuervorrichtung für einen Schalttransistor
FR2513046A1 (fr) * 1981-04-01 1983-03-18 Lucas Ind Plc Circuit d'attaque de transistor
FR2534093A1 (fr) * 1982-10-04 1984-04-06 Labinal Circuit de commande de base d'un transistor de puissance
EP0108662A1 (de) * 1982-10-04 1984-05-16 PRECISION MECANIQUE LABINAL Société Anonyme: Basissteuerschaltung für einen Leistungstransistor

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